JPH01216082A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、真空ポンプに係り、特に１例えば半導体製造
装置の排気ポンプ等の反応生成物付着を防止するのに好
適な真空ポンプに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、背圧が大気圧近傍の真空ポンプとしては、例えば
特開昭６１−２４７８９３号公報記載のものが知られて
いる。

この真空ポンプは、吸気口側に遠心圧縮ポンプ段を、か
つ排気口側に円周流圧縮ポンプ段を、それぞれ構成して
なるもので、多段の翼車による圧縮によって吸気側の圧
力を１０−３〜１０−４Ｔｏｒｒの圧力にまで排気しう
るちのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、例えば、塩素系ガスを用いる半導体
製造装置にその真空ポンプを適用した場合、次に説明す
るような問題が生じる。

ここでは、半導体ｌｌ造プロセスでは最も一般的な塩化
シリコン（ＳｉＣＱ４）ガスを使用するアルミドライエ
ツチングを例にとって説明する。

このプロセスの反応は次に示すとおりである。

Ｓ　１ＣＱ４＋ｅ→Ｓ　１ＣＱｓ＊＋ＣＱ串＋ｅＡＱ＋
５ｉＣＱａ−→ＡＱＣＱａ＋５ｉＡＱ＋３ＣＱ＊→Ａ　
Ｑ　ＣＱ　ｓ 上式に示すようにアルミニウム（Ａ　ｊ２　）をエツチ
ングすると反応生成物として塩化アルミニウム（以下Ａ
ＱＣＱｓと記す）を発生する。このＡＱＣＱａは、第７
図に示す蒸気圧特性を持っている。

第７図は、塩化アルミニウムの蒸気圧特性線図である。

ＡＱＣＱａは、比較的低い圧力で気体から固体になると
いう特性がある。このような反応生成物を真空ポンプに
吸入すると、ポンプ排気側にいくにつれて１反応生成物
の圧力が上昇するので、圧力が高い状態においても反応
生成物が気体であるためには、第７図かられかるように
反応生成物の温度が飽和蒸気圧温度よりも高くなければ
ならない。

しかし、真空ポンプは、熱膨張によるロータとステータ
との接触を防ぐために、ロータおよびステータの冷却が
必要であるので、ポンプ内部の排気流路内の温度は、あ
る温度以下に押えられる。

このため、圧力の高いポンプ排気側では、飽和蒸気圧の
低い反応生成物であるＡ　Ｑ　ＣＱ　３は凝固して析出
物となる。この析出物は、ポンプ内部の排気流路をロー
タとともに形成するステータの内壁に付着し、ついには
ポンプ内部の排気流路を閉塞するという問題があった。

本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、ポンプ内の排気流路をロータとともに
形成するステータ、ケーシングの内壁面に反応生成物が
付着堆積することのない真空ポンプを提供することを、
その目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明に係る真空ポンプの
構成は、吸気口と排気口とを具備するケーシング内に、
ロータ、あるいはロータとステータとを備えて、大気圧
または大気圧近傍まで排気する真空ポンプにおいて、前
記真空ポンプの流路をロータとともに形成するステータ
、ケーシングの、少なくとも排気流路側の一部を多孔質
材で形成し、この多孔質材形成部へ、ステータ、ケーシ
ング壁内を通して不活性ガスを導入する手段を設けたも
のである。

〔作用〕

上記技術的手段によれば、ポンプ流路をロータとともに
形成するステータ、ケーシングの多孔質材形成部へ、ス
テータ、ケーシング壁内を通してポンプ流路へ導入した
不活性ガスは、ポンプ内部の排気流路のステータ、ケー
シング面の近傍に不活性ガスのシールド層を形成する。

このシールド層は、ポンプ内を流動している反応生成物
が、ポンプ流路ステータ面に到達するのを妨げる。

したがって１反応生成物が、排気流路のステータ、ケー
シング面に析出堆積することがない。

〔実施例〕

以下１本発明の各実施例を第１図ないし第１０図を参照
して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るターボ形真空ポンプ
の縦断面図である。

第１図に示すターボ形真空ポンプは、吸気口１１Ａおよ
び排気口１１Ｂを有するケーシング１１と、このケーシ
ング１１内に軸受２１を介して回転自在に支持された回
転軸１２と、吸気口１１Ａ側から排気口１１Ｂ側に至る
間のケーシング１１内に順次配設された遠心圧縮ポンプ
段１３および円周流圧縮ポンプ段１４とを備えている。

回転軸１２は、これに連結したモータ１５により駆動さ
れる。

遠心圧縮ポンプ段１３は、表面に複数の後退羽根を有し
、かつ、回転軸１２に嵌着されたロータに係るオープン
形羽根車１３Ａと、ケーシング１１内壁に取付けられ、
かつ、前記オープン形羽根車１３Ａの裏面と対向する面
に、回転方向に対して内向きの羽根を複数個設けたステ
ータに係る固定円板１３Ｂとが、交互に直列に配置され
た構成になっている。

円周流圧縮ポンプ段１４は、回転軸１２に嵌着されたロ
ータに係る羽根車１４Ａと、ケーシング１１内壁に取付
けられ、かつ、前記羽根車１４Ａの表面と対向する面に
Ｕ字状の溝を有するステータに係る固定円板１４Ｂとが
交互に直列に配置され、Ｕ字状の溝は直列につながって
いる。

遠心圧縮ポンプ段１３および円周流圧縮ポンプ段１４の
各固定円板部１３Ｂ、１４Ｂには、その壁内に不活性ガ
スを導入するバッファ室２５が形成されている。また、
前記固定円板１３Ｂ、１４Ｂ、および排気口１１Ｂの下
部のケーシング１１の一部は、焼結金属よりなる多孔質
材形成部２６が構成されており、この排気口１１Ｂに接
する多孔質材形成部２６には、排気口１１Ｂのケーシン
グ面へ不活性ガスを導くためのバッファ室２２が形成さ
れている。このバッファ室２２に連通ずる不活性ガス流
路には、流量調整バルブ２３と流量計２４が具備されて
いる。

このような構成のターボ形真空ポンプの動作について説
明する。

気体分子は、′ａ心圧縮ポンプ段１３および円周流圧縮
ポンプ段１４の作用により吸気口１１Ａから排気流路２
７、排気口１１Ｂへ排気されるので、吸気側に接続され
る真空チャンバーを、大気圧より中真空、あるいは高真
空にまで排気することができる。この排気過程では、遠
心圧縮ポンプ段１３は主に分子流、中間流の圧力領域で
圧縮作用を行い、円周流圧縮ポンプ段１４は主に粘性流
の圧力領域で圧縮作用を行っている。

遠心圧縮ポンプ段１３では、圧縮作用は分子流。

中間流の圧力領域で行われるので圧縮熱が発生せず、排
気される気体の温度はポンプ吸込時の気体の温度に近い
ものとなっている。

一方、円周流圧縮ポンプ段１４では、圧縮作用は粘性流
の圧力領域で行われるので圧縮熱が発生し、排気される
気体の温度は、数百塵に達する。

このような状態になっているポンプ流路内部に、例えば
半導体製造装置で発生する飽和蒸気圧の低い反応生成物
であるＡ　Ｑ　ＣＱ　ａを吸入すると、次に示す２つの
過程で反応生成物が析出物となる。

その一つは、吸入された反応生成物が冷却水により十分
に冷やされている遠心圧縮ポンプ段１３のステータ（固
定円板１３Ｂ）に触れ、反応生成物の温度が下がること
により反応生成物が固体となり遠心圧縮ポンプ段１３の
ステータ面上に析出するものである。

第８図は１本発明の詳細な説明するための蒸気圧特性線
′図である。

第８図を参照して上記の作用を定性的に説明すると、前
記第１の析出過程は、反応生成物の温度が０点のＴｔか
らＤ点のＴ２へ下がることにより、反応生成物が気体か
ら固体になることに対応している。

一方、円周流圧縮ポンプ段１４では、圧縮熱によりステ
ータ（固定円板１４Ｂ）が加熱されているので、温度が
低下することにより反応生成物が析出するということは
ないが、排気口１１Ｂに近づくにつれて反応生成物の分
圧が高くなるので、この圧力上昇により反応生成物が析
出するようになる。

第８図でいうと、前記の第２の析出過程は、圧力がＰｌ
からＰ２へ高くなることによって、反応生成物が気体か
ら固体となること番２対応している。

本実施例では、以上に示した２つの過程で反応生成物が
析出する流路部分を、ロータとともに形成すべきステー
タ、ケーシング部に焼結金属よりなる多孔質材形成部２
６を設け、かつ、前記ステータ、ケーシング内には、不
活性ガスを導入するための手段としてバッファ室２２．
２５を形成するとともに、これに接続する流路に流量調
整バルブ２３と流量計２４とを備えているので、これら
を介して不活性なガスを導入しポンプ内の排気流路を形
成するステータ内壁面に不活性なガスのシールド層をつ
くることができる。このシールド層は、ポンプ内を流動
する反応生成物がポンプ内の排気流路を形成するステー
タ内壁面に到達するのを妨げるので、たとえ流動する反
応生成物の一部が固体になったとしても、前記入テータ
面には付着せず固体となった反応生成物は流れにのって
ポンプ外に排出されることになる。

したがって、排気流路のステータ（固定円板１３Ｂ、１
４Ｂ）内壁面上、およびケーシング内壁の多孔質材形成
部２６上には、反応生成物が付着することがなく、流路
が閉塞されるという恐れは全くない。

次に、第２図は、本発明の他の実施例に係るスクリュー
真空ポンプの縦断面図、第３図は、第２図のＡ−Ａ矢視
断面図、第４図は、第２図のＢ−Ｂ矢視断面図、第５図
は、第４図のロータ歯溝展開図、第６図は、スクリュー
真空ポンプのＰ−ｖ線図である。

第２，３図において、３１は主ケーシング、３２は排気
側ケーシング、３３はエンドカバで、これらでケーシン
グを構成している。３４は雄ロータ、３５は雌ロータを
示し、互いに噛み合う雄。

雌一対のスクリューロータは、主ケーシング３１と排気
側ケーシング３２との間に作動室３６を形成している。

主ケーシング３１には作動室３６に連通ずる吸気口４４
が形成されており、排気側ケーシング３２には作動室３
６に連通ずる排気口４５が形成されている。

雄ロータ３４．雌ロータ３５は、吸気側、排気側の各ロ
ータ軸をそれぞれ転り軸受３７．３８で支持され、排気
側の各ロータ軸に取付けた雄タイミングギヤ３９．雌タ
イミングギヤ４０で微少間隙を保持して互いに噛み合っ
ている。４１は、軸封部を示し、前記転り軸受３７．３
８、タイミングギヤ３９，４０などに供給した潤滑油が
１作動室３６側へ漏れ込まないようにシールを行うもの
である。

４２は、ロータ軸先端に取付けた油掻き用のスリンガで
、このスリンガ４２は主ケーシング３１の一部とエンド
カバ３３とで形成された油溜り４３の潤滑油を跳ね飛ば
して転り軸受３７に供給するものである。

雄、雌ロータ３４，３５が噛み合って形成する作動室３
６の排気側の、当該雄、雌ロータ３４゜３５に近接する
主ケーシング３１に、焼結金属よりなる多孔質材形成部
４６が設けられており、この多孔質材形成部４６の壁内
には不活性ガス導入のためのバッファ室４７が形成され
ている。このバッファ室４７に連通する流路には流量調
整バルブ４８と流量計４９とが具備されている。

第４図は、第２図のＢ−Ｂ矢視断面図であり。

第５図は、第４図の主ケーシング３１の雄、雌ボア交線
ａを中心としたロータ歯溝の展開図である。

第５図において、二点鎖線および一点鎖線は、それぞれ
主ケーシング３１に形成された吸気ボート５０および排
気ポート６０を表わす。作動室３６は、吸気口４４側か
ら吸入作動室３６ａ、移送作動室３６ｂ、圧縮作動室３
６ｃ、吐出作動室３６ｄとなる。

このように構成されたスクリュー真空ポンプの動作につ
いて、塩素系ガスを用いた半導体製造装置に適用した例
で説明する。

本実施例のスクリュー真空ポンプが、図示しない外部駆
動機構によって駆動されると、雄、雌ロータ３４，３５
の回転にともない、吸気口４４から吸気ポート５０を介
してプロセスガスが吸入作動室３６ａに吸入される。さ
らに移送作動室３６ｂ。

圧縮作動室３６ｃにガスが搬送され、前後に吐出作動室
３６ｄ内のプロセスガスが排気ポート６０を介して排気
口４５に排気される。

すなわち、プロセスガスは、吸入行程、移送行程、圧縮
行程、吐出行程を順次行い、吸気口４４から排気口４５
に流れる。プロセスガスが流れているとき、各作動室の
圧力レベルを見ると、第６図のようなｐ−ｖ線図となる
。

第６図において、ｅ−ｆ間は吸入行程ｔｆ　　ｇ間は移
送行程ｅｇ　　ｈ間は圧縮行程、ｈ−ｉ間は吐出行程で
ある。第６図かられかるように圧縮行程におけるガスの
圧力は著しく大きくなる。この圧力上昇により、飽和蒸
気圧の低い反応生成物が析出し主ケーシング３１内壁面
に付着するようになる。このことを第８図を参照して定
性的に説明すると、析出過程は、圧力がＰＬからＰ２へ
高くなることにより反応生成物が気体から固体となるこ
とに対応している。

第１．２図に示す実施例では、反応生成物が析出しやす
い部分、すなわち排気流路を形成する雌。

雄ロータ３４，３５に近接する主ケーシング３１の一部
を焼結金属よりなる多孔質材形成部４６とし、この多孔
質材形成部４６には、不活性ガスを導入するための手段
としてバッファ室４７を形成し、このバッファ室４７に
連通ずる不活性ガス流路には流量調整バルブ４８と流量
計４９とを具備しているので、これを介して、不活性ガ
スを導入し、ポンプ内の排気流路を形成する前記主ケー
シング３１の一部である多孔質材形成部４６の内壁に不
活性ガスのシールド層を形成することができる。

したがって、第１図の実施例で説明したものと同様の原
理で、反応生成物が、流路をロータとともに形成するケ
ーシングの内壁面に付着するのを防止することができる
ので、流路が閉塞する恐れはない。

次に、第９図は、本発明のさらに他の実施例に係るスク
ロール真空ポンプの縦断面図である。

すなわち、第９図は、無潤滑式真空ポンプとして用いら
れるスクロール形流体機械を示しており、このスクロー
ル真空ポンプは、固定スクロール５１、旋回スクロール
５２．ピンクランク５５゜および駆動軸５９を主要部と
して構成されている。

固定スクロール５１は、先の実施例におけるステータに
相当する部品で、固定側鎖板５１ａとこれに、直角方向
に突設された渦巻状の固定側スクロールラップ５１ｂと
からなり、固定側鏡板５１ａがケーシング５６ａに固定
されるとともに、その外周部と中央部にそれぞれ流体の
吸気口５３と排気口５４が設けられている。

旋回スクロール５２は、先の実施例のロータに相当する
部品で旋回側基板５２ａとこれに直角方向に突設された
渦巻状の旋回側スクロールラップ５２ｂとからなり、こ
の旋回側スクロールラップ５２ｂは前記固定側スクロー
ルラップ５１ｂに対して相対角度１８０度ずらして旋回
可能に噛合される。旋回スクロール５２の中央部に形成
したグリース潤滑式軸受６５には、駆動軸５９の先端の
偏芯部が装着されている。駆動軸５９はケーシング５６
ａに固着したグリース潤滑式軸受要素６６ａ。

６６ｂにより支承されている。さらに、駆動軸５９には
、旋回スクロール背部空間５７と外気とのシールを目的
に軸封要素６２、ならびにバランスウェイト５８が装着
されている。また、ケーシング５６には、グリース潤滑
式軸受要素６４ａ。

６４ｂを介して、駆動軸５９と同じ偏心量をもったピン
クランク５５が埋設されており、このピンクランク５５
の偏心部が、旋回スクロール５２の鏡板外周部に軸受要
素６３を介して係合され、旋回スクロール５２の自転を
阻止するようになっている。そして、前記ピンクランク
５５は、同一円周上に複数個配置されていて、それぞれ
が旋回スクロールの自転を阻止する役割を果たしている
。

また、旋回スクロール５２の外周部には、そのスクロー
ルのスラスト力を受けるためのスラスト摺動部材５２ｃ
が配設されており、かつ、これに対向して、固定スクロ
ール鏡板外周部やケーシング５６の端面にそれぞれスラ
スト受部材５１ｃおよび５６ｂが配設されている。

固定スクロール５１の一部であり、排気流路を形成して
いるリング６８は、焼結金属よりなる多孔質材で形成さ
れている。そして、この多孔質材形成部に係るリング６
８内には、不活性ガスを導入するバッファ室７１が形成
されており、このバッファ室７１に連通ずる不活性ガス
流路には、流量調整バルブ６９と流量計７０とが具備さ
れている。

次に、第９図のスクロール真空ポンプの動作について説
明する。

駆動軸５９を回転駆動すると、旋回スクロール５２は、
ピンクランク５５により自転防止されながら駆動軸５９
を中心に旋回運転を行い、これにより固定スクロールラ
ップ５１ｂ、旋回スクロールラップ５２ｂの接触位置が
中心部へ向けて順次移動して、吸気口５３から吸入した
気体を逐次圧縮して排気口５４へ排出する圧縮作用が行
われる。

例えば、半導体製造装置で発生する飽和蒸気圧が低い反
応生成物を吸入する場合には、前記の圧縮作用により排
気口側に近づくにつれて、反応生成物の分圧が高くなる
ので反応生成物は析出し、旋回スクロール５２と固定ス
クロール５１との内壁面に付着しようとする。しかし、
旋回スクロールラップδ２ｂと固定スクロールラップ５
１ｂとの接触位置が中心部へ向けて順次移動しているの
で、析出した反応生成物は、固定スクロールラップ５１
ｂ、旋回スクロールラップ５２ｂには付着しないで排気
口５４まで運ばれる。したがって、作動室６７内には反
応生成物は堆積しない。一方、大気圧近傍である排気口
５４付近では、圧力上昇により析出する反応生成物と作
動室６７内から運ばれる固体の反応生成物とが堆積する
ことになる。

本実施例では、固定スクロール５１の一部で、排気流路
を形成するリング６８が多孔質の焼結金属で形成され、
また、このリング６８には、流量調整バルブ６９．流量
計７０を具備した不活性ガス流路に連通ずるバッファ室
７１を備えているので、リング６８の内壁上には不活性
ガスのシールド層を形成することができる。このシール
ド層の働きによりリング６８の内壁上には反応生成物が
付着することがない。

したがって、排気口５４には反応生成物が堆積せず、反
応生成物は、流れにのってポンプ外に排出されることに
なる。

次に、第１０図は１本発明のさらに他の実施例に係るス
クロール真空ポンプの縦断面図である。

図中、第９図と同一符号のものは第９図の実施例と同等
部分であるから、その説明を省略する。

第１０図に示す実施例では、排気口５４Ａ付近では固定
スクロールラップ５１Ｂと旋回スクロールラップ５２ｂ
とが接触しないようになっている。

また、固定スクロールラップ５１Ｂの一部をなすリング
６８Ａは多孔質の焼結金属で形成されている。リング６
８内には、バッファ室７１Ａが形成されている。

排気口５４Ａ付近では固定スクロールラップ５１Ｂと旋
回スクロールラップ５２ｂとは接触していないので、圧
力上昇により飽和蒸気圧の低い反応生成物が析出したも
のが、固定スクロールラップ５１Ｂ上に堆積する恐れが
ある。しかし、本実施例では、流量調節バルブ６９．流
量計７０゜バッファ室７１Ａを介して不活性ガスをリン
グ６８Ａを通して排気流路内に流すことができるので、
リング６８Ａの内壁上に不活性ガスのシールド層を形成
することができる。このシールド層の働きにより、リン
グ６８Ａの内壁上には反応生成物が付着することがない
。

したがって、固定スクロールラップ５１Ｂ上には反応生
成物が堆積する恐れがない、また、排気口５４Ａについ
ても、第９図の実施例と同様１反応生成物が堆積する恐
れがなく、析出した反応生成物は流れにのってポンプ外
に排出されることになる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、ポンプ内の排気流
路をロータとともに形成するステータ。

ケーシングの内壁面に反応生成物が付着堆積することの
ない真空ポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るターボ形真空ポンプ
の縦断面図、第２図は、本発明の他の実施例に係るスク
リュー真空ポンプの縦断面図、第３図は、第２図のＡ−
Ａ矢視断面図、第４図は、第２図のＢ−Ｂ矢視断面図、
第５図は、第４図のロータ歯溝展開図、第６図は、スク
リュー真空ポンプのＰ−ｖ線図、第７図は、塩化アルミ
ニウムの蒸気圧特性線図、第８図は、本発明の詳細な説
明するための蒸気圧特性線図、第９図は、本発明のさら
に他の実施例に係るスクロール真空ポンプの縦断面図、
第１０図は１本発明のさらに他の実施例に係るスクロー
ル真空ポンプの縦断面図である。 １１・・・ケーシング、１１Ａ・・・吸気口、１１Ｂ・
・・排気口、１２・・・回転軸、１３・・・遠心圧縮ポ
ンプ段。 １３Ａ・・・オープン形羽根車、１４・・・円周流圧縮
ポンプ段、１４Ａ・・・羽根車、１３Ｂ、１４Ｂ・・・
固定円板、２２．２５・・・バッファ室、２３・・・流
量調整バルブ、２４・・・流量計、２６・・・多孔質材
形成部、３１・・・主ケーシング、３４・・・雄ロータ
、３５・・・雌ロータ、３６・・・作動室、４６・・・
多孔質材形成部。 ４７・・・バッファ室、４８・・・流量調整バルブ、４
９・・・流量計、５１・・・固定スクロール、５１ｂ、
５１Ｂ・・・固定スクロールラップ、５２・・・旋回ス
クロール、５２ｂ・・・旋回スクロールラップ、５３・
・・吸気口、５４，５４Ａ・・・排気口、５９・・・駆
動軸、６８゜６８Ａ・・・リング、６９・・・流量調整
バルブ、７０・・・流量計、７１．７１Ａ・・・バッフ
ァ室。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．吸気口と排気口とを具備するケーシング内に、ロー
   タ、あるいはロータとステータとを備えて、大気圧また
   は大気圧近傍まで排気する真空ポンプにおいて、前記真
   空ポンプの流路をロータとともに形成するステータ，ケ
   ーシングの、少なくとも排気流路側の一部を多孔質材で
   形成し、この多孔質材形成部へ、ステータ，ケーシング
   壁内を通して不活性ガスを導入する手段を設けたことを
   特徴とする真空ポンプ。
2. ２．特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、多孔質
   材は焼結金属であることを特徴とする真空ポンプ。
3. ３．特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、不活性
   ガス導入手段は、ステータあるいはケーシング壁内に設
   けられたバツフア室と、このバツフア室に接続する不活
   性ガス流路と、この流路に設けた流量調整バルブおよび
   流量計とからなることを特徴とする真空ポンプ。
4. ４．特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ステー
   タをケーシング内の軸方向に複数列配置し、ロータを前
   記ステータ間に複数列配置して構成したことを特徴とす
   る真空ポンプ。
5. ５．特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、真空ポ
   ンプは、ケーシング内に互いに微少間隙を保つて噛み合
   う雄，雌一対のスクリユーロータを備えたものであつて
   、雄，雌ロータが噛み合つて形成する作動室の排気側の
   、当該雄，雌ロータに近接するケーシングに多孔質材形
   成部を設けたことを特徴とする真空ポンプ。
6. ６．特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、真空ポ
   ンプは、ケーシングに支承された駆動軸を介して旋回駆
   動される旋回スクロールが、ケーシングと固定スクロー
   ルとで囲まれる空間領域に収容されたものであつて、ス
   テータに係る前記固定スクロールの排気流路に多孔質材
   形成部を設けたことを特徴とする真空ポンプ。